C++单例模式

常见问题 2022-08-25

问题描述

什么是单例

单例 Singleton 是设计模式的一种，其特点是只提供唯一一个类的实例，具有全局变量的特点即提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。这个类在全局只有唯一的一个实例对象，在所有位置都可以通过该类提供的接口访问到这个唯一实例。

单例优缺点

单例类主要解决了一个全局使用的类的频繁的创建与销毁。

  • 优点：
    • 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例；
    • 2、避免对资源的多重占用。
  • 缺点：
    • 单例类没有接口，不能继承。

C++实现单例模式要点

  • 构造函数需私有化

    • 将该类的构造函数私有化，目的是禁止其他程序创建该类的对象，同时也是为了提醒查看代码的人我这里是在使用单例模式，防止他人将这里任意修改。此时，需要提供一个可访问类自定义对象的类成员方法（对外提供该对象的访问方式）。即把构造函数设置为private可以防止用户自己定义实例。

  • 指向本身实例的类属性为静态
    指向自己实例的私有引用在被类方法(Getinstance)调用时被初始化，只有静态成员变量才能在没有创建对象时进行初始化，并且类的静态成员在第一次使用时不会再被初始化，保证了单例，因此设置为静态。

  • 通过一个static静态成员方法返回唯一的对象实例
    通过类方法（GetInstance) 获取instance，类属性instance为静态的(static)，则需要类的静态方法才能调用，因此该类方法应设为静态的。通过一个静态成员函数GetInstance来获取实例。静态成员函数可以在不定义对象的情况下调用。

单例应用场景

  • 优点
    （1）在单利模式中，活动的实例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例，这样就防止其他对象自己实例化，确保所有对象都访问一个实例
    （2）单例模式中的类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
    （3）提供了对唯一实例的受控访问
    （4）避免对共享资源的多重使用
    （5）由于在系统只存在一个对象，因此可以节约资源，当需要偏饭创建和销毁对象时，单例模式无疑可以提高系统性能

  • 缺点
    （1）不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
    （2）滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。
    （3）由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。

  • 应用场景
    （1）资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。
    （2）控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

具体运用场景

  • 最经典的使用场景是公用缓存，由一个线程周期性地写，由多个线程读取，此时就可以用单例模式来保证不同线程写和读的是同一个实例。
  • 设备管理器，系统中可能有多个设备，但是只有一个设备管理器，用于管理设备驱动;
  • 数据池，用来缓存数据的数据结构，需要在一处写，多处读取或者多处写，多处读取;

饿汉式:在单例类定义时即实例化

饿汉式指的是无论会不会有人调用getInstance获取实例，都会事先把这个实例给创建好。饿汉式可以通过在类里加入一个静态成员变量来实现（注意C++的静态成员变量必须在类外初始化）

public class One {
    //私有化构造方法使得该诶无法通过外部new   进行实例化
    private One(){}
    //准备一个类属性，指向一个实例化对象。 因为是类属性，所以只有一个
    private static One instance = new One();

    public static One getInstance(){
        return instance;
    }
}
//One 应该只有一只，通过私有化其构造方法，使得外部无法通过new 得到新的实例。
//One 提供了一个public static的getInstance方法，外部调用者通过该方法获取的对象，而且每一次都是获取同一个对象。 从而达到单例的目的。
饿汉式：多线程安全问题

饿汉单例模式中，单例对象定义成了一个static静态对象，它是在程序启动时，main函数运行之前就初始化好的，因此不存在线程安全问题，可以放心的在多线程环境中使用。

解决方法

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